专利名称：基于双目的三维表面建模系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于对物体三维表面进行测量系统，特别是应用于三维物体表面定位的三维 表面建模系统。
背景技术：
物体的三维表面定位技术在工业设计与制造、质量检测与控制、地形测量与勘探、虚拟 现实等领域应用日益广泛。随着逆向设计的发展，对物体进行快速有效的建模成为研究的热 点和难点。这就涉及到对三维物体的表面进行有效的判断问题。三维物体表面定位目前主要有两类方法即接触式和非接触式。接触式测量精度高，但测 量速度慢、对环境要求高、对物体大小有要求。因此在应用时受到很大限制。非接触式的测 量主要需要使用激光和摄像机作为定位的仪器，分为只需要激光发生器和相关支持设备的激 光往返时间法，以及需要综合使用激光发生器和摄像机的计算机视觉方法。前一种方法的工 作原理是通过测量激光脉冲的往返时间来测量物体上点的三维坐标，由于光的速度很快，所 以对设备的要求就很高，造价昂贵。基于计算机视觉的方法在近年来精度有了较大的提高， 而且价格相对低廉，因此应用也越来越广泛。基于计算机视觉的方法一般是利用激光发生器 对所需建模物体进行投射，接着利用多摄像机对激光投影状态进行拍摄，然后通过相应的算 法对多摄像机中的激光斑进行匹配和三维空间位置的计算。三维表面的快速建模对于矿井等工业现场的自动化具有重大意义。但是矿井等工业现场 由于粉尘较大，传统的基于计算机视觉的建模方法所发射的一片激光网点或者是数条激光条 纹往往由于粉尘较大、工作环境恶劣导致这些激光网点和激光条纹的匹配相对困难，从而建 模的结果存在着较大的误差，最终导致在这些领域中进行快速实时的建模受到了限制。发明内容本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种测量精确、适于在工业现场 进行使用的基于双目的三维表面建模系统。 本发明解决技术问题采用如下技术方案本发明基于双目的三维表面建模系统的结构特点是其系统构成为-一激光源，将来自激光源的激光光束逐一投照在待建模物体表面的各待测位置上，在待 建模物体的表面形成每一束激光光束的独立激光光斑；两只相对位置固定的摄像机，分别在其各自的位置上拍摄同一只独立光斑，获得所述光 斑在两只摄像机中各自的光斑图像；一计算机控制系统，根据同一只光斑在不同摄像机所拍摄图像中的不同位置，通过光斑 匹配，并采用空间三角法，计算获得该光斑的空间三维坐标；针对待建模物体上各投照位置 上的空间三维坐标，通过Delauny三角化，完成三维表面的建模。本发明基于双目的三维表面建模系统的结构特点也在于固定设置激光源，在所述激光源与待建模物体表面之间，设置反光角度可调整的反光镜， 激光光束投照在所述反光镜上，调整反光镜的反光角度，使激光光束经反射投照在待建模物 体的设定表面位置上。对于待建模物体表面每个待测位置上独立光斑信息的采集，是以激光光束投照在该位置形成独立光斑，继而摄像机拍摄光斑完成所述光斑图像的采集为一个工作周期；对于待建模物体表面不同待测位置光斑信息的采集，是以上一个工作周期完成之后方才开始下一个工作 周期。通过增加待测位置在待建模物体表面的密集程度提高建模精度。与己有技术相比，本发明有益效果体现在1、 本发明利用激光光束在待建模物体表面各待测位置逐一投照，形成独立光斑，这种 形式具有较强的抗粉尘、抗水雾等抗干扰能力，可以在工业现场等领域实时完成工作面的建 模过程，有效地提高用户对工作面情况的了解。2、 本发明在光斑图像的采集过程中，待建模物体表面为一独立光斑，可以大大提高建模的准确性，降低图像处理阶段中的光斑匹配的难度，提高定位准确性。3、 本发明根据测量需求增加或减少待测点位，即可完成对工作面的不同精度的建模。
图1为本发明系统构成示意图。图2为本发明激光源的结构示意图。图中标号l计算机控制系统、2摄像机A、 3摄像机B、 4激光源、5电缆线、6待建模 物体、7光斑、8激光光束、9反光镜、IO驱动电机、ll激光发生器、12滤光片 以下通过具体实施方式
，结合附图对本发明作进一步说明具体实施方式
参见图l，本实施例系统构成为来自激光源4的激光光束8投照在待建模物体6的表面各待测位置上，在待建模物体6 的表面形成独立光斑7;两只相对位置固定的摄像机A (图中标号为2)和摄像机B (图中标号为3)分别在其各自的位置上拍摄同一只独立光斑7，分别获得光斑7在摄像机A和摄像机B中各自的光斑图 像；计算机控制系统1根据同一只光斑7在摄像机A和摄像机B所拍摄图像中的不同位置， 通过滤噪、光斑匹配，采用空间三角法，计算获该光斑7的空间三维坐标；针对待建模物体 上各投照位置上的空间三维坐标，通过Delauny三角化，完成三维表面的建模；计算机控制 系统1通过电缆线5形成系统连接。具体实施中，相应设置也包括图2所示，激光源的设置包括固定设置激光发生器ll，在激光发生器ll与待建模物体 6的表两之间，设置反光角度可调整的反光镜9，激光发生器11透过12滤光片形成一束激 光光束8，激光光束8投照在反光镜9上，通过驱动电机10精确调整反光镜9的反光角度， 使激光光束8经反光镜9形成反射光束，投照在待建模物体的设定表面位置上。对于待建模物体表面每个待测位置独立光斑信息的采集，是以激光光束投照该位置形成 独立光斑，继而摄像机拍摄光斑完成所述光斑图像的采集为一个工作周期；对于待建模物体 表面不同待测位置光斑信息的采集，是以上一个工作周期未完成之后方才开始下一个工作周 期。通过增加待测位置在待建模物体表面的密集程度提高建模精度。 工作过程1、 调整驱动电机10将反光镜9置为初始位置；2、 发射激光光束8，利用摄像机A和摄像机B对激光光斑进行拍摄；3、 采集到的光斑图像传到计算机控制系统，匹配激光光斑；4、 在计算机控制系统中运行软件计算出激光光斑的空间三维坐标，同时裙计算出的坐 标点进行存储；5、 调整驱动电机10改变反光镜9的反射角度，重复上述步骤2-4，当驱动电机10的 一次完全转动结束，则结束激光光斑的图像采集，进入下一步；6、 将步骤4得到的激光光斑空间三维坐标作为输入，利用计算机上的配套软件进行 Delauny三角网格化，完成对工作面的建模。
权利要求
1、基于双目的三维表面建模系统，其特征是所述系统构成为一激光源，将来自激光源的激光光束逐一投照在待建模物体表面的各待测位置上，在待建模物体的表面形成每一束激光光束的独立激光光斑；两只相对位置固定的摄像机，分别在其各自的位置上拍摄同一只独立光斑，获得所述光斑在两只摄像机中各自的光斑图像；一计算机控制系统，根据同一只光斑在不同摄像机所拍摄图像中的不同位置，通过光斑匹配，并采用空间三角法，计算获得该光斑的空间三维坐标；针对待建模物体上各投照位置上的空间三维坐标，通过Delauny三角化，完成三维表面的建模。
2、 根据权利要求1所述的基于双目的三维表面建模系统，其特征是所述激光源是固定 设置的激光发生器(11)，在所述激光发生器(11)与待建模物体表面之间，设置反光角度 可调整的反光镜(9)，激光光束(8)投照在所述反光镜(9)上，调整反光镜(9)的反光 角度，使激光光束(8)经反射投照在待建模物体的设定表面位置上。
3、 根据权利要求1所述的基于双目的三维表面建模系统，其特征是对于待建模物体表 面每个待测位置上独立光斑信息的采集，是以激光光束投照在该位置形成独立光斑，继而摄 像机拍摄光斑完成所述光斑图像的采集为一个工作周期；对于待建模物体表面不同待测位置 光斑信息的采集，是以上一个工作周期完成之后方才开始下一个工作周期。
4、 根据权利要求1所述的基于双目的三维表面建模系统，其特征是通过增加待测位置 在待建模物体表面的密集程度提高建模精度。
全文摘要
基于双目的三维表面建模系统，其特征是所述系统构成为一激光源，将来自激光源的激光光束逐一投照在待建模物体表面的各待测位置上，在待建模物体的表面形成每一束激光光束的独立激光光斑；两只相对位置固定的摄像机，分别在其各自的位置上拍摄同一只独立光斑，获得所述光斑在两只摄像机中各自的光斑图像；一计算机控制系统，根据同一只光斑在不同摄像机所拍摄图像中的不同位置，通过光斑匹配，并采用空间三角法，计算获得该光斑的空间三维坐标；针对待建模物体上各投照位置上的空间三维坐标，通过Delauny三角化，完成三维表面的建模。本发明系统测量精确，适于在工业现场进行使用。
文档编号G01B11/24GK101329163SQ20081002314
公开日2008年12月24日 申请日期2008年7月15日 优先权日2008年7月15日
发明者刘晓平, 伟 徐, 强 路, 郑利平, 韩江洪 申请人:合肥工业大学